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详细介绍
硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热防腐高分子合成材料，用作防腐保温保冷层，它导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性能好，作为一种绝热材料，广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等领域，如输油和辅热水管道、油库、贮罐、冷库、空调、冰箱、集中供热供汽管道等设施的保温保冷。有数据显示，用硬质聚氨酯泡沫塑料保温的管道比传统的管道可减少热损失35％，节约了大量能源，减少了维修费用。另外，它还具有优良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用寿命可达20～30年以上，使用温度-190～120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯与聚醚型之分。通常聚酯在强度、耐温性能等方面较聚醚型为好，但因聚酯原料成本高，所以在应用上受到限制。
1．硬质聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬质聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰温度下燃烧5 s后离火，在1～2s内自熄。耐浓度小于10％的无机酸，不耐高浓度的无机酸；耐中等浓度的碱液；耐汽油、机油，耐酮、耐酯，不耐醇。
各种绝热材料性能对比见表5—1。
表5-1 各种绝热材料性能
项目聚氨酯硬质泡沫塑料聚苯乙烯泡沫玻璃聚氯乙然泡沫软木
密度/kg·m-35050160～19060～70240～250
导热系数/W·（m·K）-10.023～0.0260.0430.055～0.0600.0430.058
耐热度/℃+130+75+400+80+100
耐寒度/℃-110-80-270-35
吸水率体积/％0.20.4<0.20.3
压缩强度/MPa≥0.20.18>0.50.18
自熄性自熄易燃不燃易燃燃烧
2． 硬质聚氨酯泡沫塑料原料的性质、规格与选择
硬质聚氨酯泡沫塑料是以多元羟基化合物和异氰酸酯为主要原料。在催化剂、发泡剂的作用下，经加成聚合发泡而成。主要反应力异氰酸酯与多元羟基化合物中的羟基反应生成聚氨酯。催化剂主要有叔胺和有机锡等。发袍反应为异氰酸酯与水反应，产生二氧化碳气体和脲。反应产物脲及叔胺等物对此反应有催化作用。反应所产生的二氧化碳气体被用来发泡。但水发泡的zui大缺点是耗费昂贵的异氰酸酯。也常用低沸点氟氯烷化合物（即F-113等），利用聚合过程中的反应热汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，发泡剂用量可根据所需泡沫体密度来决定。
（1）聚酯。硬质泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羟值通常控制在300～500之间。456聚酯指标如下。
（2）Ⅲ型阻火聚醚：是三羟基含磷含氯阻火聚醚。由于分子结构中引入了磷、氯，产品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚质量指标见表5—2。
Ⅲ型阻火授醚质量指标
指标名称一级品二级品
外观黄色透明稠状液体黄色透明稠状液体
羟值（KOH）/mg·g-1500±20485±35
酸值（KOH）/mg·g-1≤5≤5
含磷量/％≥3.9≥3.5
水分/％≤0.2≤0.4
（3）交联剂N-403乙二胺聚醚。化学名尔四（聚乙—羟丙基）乙二胺。其质量指标如下。
外观淡黄色至棕色透明黏稠液体水分/％≤0.2
羟值（KOH）/mg·g-1770±35
此交联剂可代替部分有机胺催化剂，又可代替其他羟基聚醚。它有增进分子结构交联，改进泡沫固化速度，减少泡沫塑料脆性的作用。
（4）阻火剂TCER。是β-三氯乙基磷酸酯，其质量指标如下；
外观无色至黄色透明液体酸值（KOH）/mg·g-1≤1.0
相对密度（15～20）1.410～1.430水分/％≤0.3
此阻火剂溶于醇、酮，酯、芳烃、氯仿以及*，不溶于脂肪族烃。由于分子中含磷、氯，阻燃作用较显著。主要作为添加型阻燃剂，除增加塑料具有自熄性外，还有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工时还可降低黏度，便于施工。
（5）多异氰酸酯PAPIR-NCO。其质量指标如下。
酸值/％<0.3-NCO含量/％>29
水解氯含量/％<0.5黏度（25）/mPa·s<1000
多异氰酸酯PAPIR—NCO可延缓塑料反应胶凝时间和发泡时间，有利于一步法泡沫模制。对提高塑料的耐热性、强皮、耐湿性有很大好处。
（6）硅油。是一种表面活性剂，也是一种发泡稳定剂。它是一种有机硅大分子化合物，在组分中仗几种物质均匀互混，作为亲水的聚酯和疏水的异氰酸酯、氟碳化合物的乳化剂；其次是稳定发泡，在发泡过程中降低泡沫表面张力，控制泡孔大小，防止胶凝时微孔合并，起到控制微孔大小的作用。
（7）催化剂。三乙醇胺是一种控制聚氨酯分子交联速度和气体生成速度的化合物。
生产硬质泡沫塑料通常选用锡盐与叔胺类例如二月桂酸二丁基锡，它们的作用是促进塑料迅速胶凝或泡沫固化。
（8）发泡剂。分为水或物理发泡剂、氟碳化台物发泡剂。作为聚合物膨胀发泡，充入泡沫微孔以降低导热系数。常用的氟碳化合物为F-11、F-113。
3．硬质聚氨酯泡沫塑料配方
（1）胶液配方表5—3～表5-7介绍了几个单位用的硬质聚氨酯泡沫塑料配方。
表5-3 重庆长风化工厂胶液配方
组分原料名称质量比施工温度
AⅢ型聚醚
乙二胺聚醚
三氯三氟乙烷P-113
β-三氯乙基磷酸酯TCEP
三乙醇胺
二月桂酸二丁基锡
204硅油48～50
15～17
18～20
13～15
1～2.6
0.2～0.5
1.5～2施工温度
31～41℃
表面温度
45℃左右
B聚苯基甲基多导氰酸酯PAPI106.5～117.1
表5-4 大庆油田科研设计院胶液配方
组分原料名称质量比生产厂家
A甘油聚醚
硅油
二月桂酸二丁基锡
三乙烯二胺
多缩丙二醇
F-11100
3.45
0.09
0.75
1.45
30南京塑料厂
进口
北京化工三厂
上海第五制药厂
上海高桥化工厂
上海电化厂
BPAPI142常州有机化工厂
保温管有效的解决了城镇集中供热中130℃－600℃高温输热用预制直埋保温管的保温、滑动润滑和裸露管端的防水问题。输油管道保温不仅具有传统地沟和架空敷设管道*的*技术、实用性能，而且还具有显著的社会效益和经济效益，也是供热节能的有力措施。输油管道保温采用直埋供热管道技术，标志着中国供热管道技术发展已经进入了新的起点。?
保温管是由钢管、玻璃钢内护套、玻璃钢外壳构成，其特征是：还包括耐高温绝热保温层、润滑层、弹性密封件。本实用新型有效的解决了城镇集中供热中130℃－600℃高温输热用预制直埋保温管的保温、滑动润滑和裸露管端的防水问题。?
管道保温主要由四部分组成。
（1）工作钢管：根据输送介质的技术要求分别采用有缝钢管、无缝钢管、双面埋弧螺旋焊接钢管。
（2）保温层：采用硬质聚氨酯泡沫塑料。
（3）保护壳：采用高密度聚乙烯或玻璃钢。
（4）渗漏报警线：制造输油管道保温时，在靠近钢管的保温层中，埋设有报警线，一旦管道某处发生渗漏，通过警报线的传导，便可在检测仪表上报警并显示出漏水的准确位置和渗漏程度的大小，以便通知检修人员迅速处理漏水的管段，保证热网安全运行。
管道保温-优势特点
1 降低工程造价。
据有关部门测算，双管制供热管道，一般情况下可以降低工程造价的25％（采用玻璃钢做保护层）和10％（采用高密度聚乙烯做保护层）左右。
2 热损耗低，节约能源。
其导热系数为：λ＝0．013—0．03kcal／m?h?oC，比其他过去常用的管道保温材料低得多，保温效果提高4~9倍。再有其吸水率很低，约为0．2kg／m2。吸水率低的原因是由于聚氨酯泡沫的闭孔率高达92％左右。低导热系数和低吸水率，加上保温层和外面防水性能好的高密度聚乙烯或玻璃钢保护壳，改变了传统地沟敷设供热管道“穿湿棉袄”的状况，大大减少了供热管道的整体热损耗，热网热损失为2％，小于10％的标准要求。
防腐，绝缘性能好，使用寿命长。
输油管道保温由于聚氨酯硬质泡沫保温层紧密地粘结在钢管外皮，隔绝了空气和水的渗入，能起到良好的防腐作用。同时它的发泡孔都是闭合的，吸水性很小。高密度聚乙烯外壳、玻璃钢外壳均具有良好的防腐、绝缘和机械性能。因此，工作钢管外皮很难受到外界空气和水的侵蚀。只要管道内部水质处理好，据国外资料介绍，输油管道保温的使用寿命可达50年以上，比传统的地沟敷设、架空敷设使用寿命高3~4倍。
4．占地少，施工快，有利环境保护。
直埋供热管道不需要砌筑庞大的地沟，只需将保温管埋人地下，因此大大减少了工程占地，减少土方开挖量约50％以上，减少土建砌筑和混凝土量90％。同时，保温管加工和现场挖沟平行进行，只需现场接头，可以缩短工期约50％以上。
5 安全。
除中国外生产的管道保温，均设有渗漏报警线，一旦管道某处发生渗漏，通过报警线的传导，便可在检测仪表上显示出保温管道渗水、漏水的准确位置及渗漏程度的大小，以便通知检渗人员迅速处理漏水的管段，保证供热管网的安全运行。国内生产的保温管目前末设渗漏报警线，有待补上这一空白.
聚氨酯直埋保温管优势：
聚氨酯保温管以其优良的性能，方便的施工及使用年限长而倍受人们欢迎，其结构为:外保护层、保温层、防渗漏层三部分，外保护层材料为聚乙烯或玻璃钢或其它材料。敷设方式有直埋、架空、地沟三种方式。我厂在*管件的聚氨酯保温、绝热施工中积累了大量丰富经验，其质量达到了国家及标准，深受广大客户的信任和好评。
30～80
30～80
表5-9 预制管壳规格/mm
内径壁厚长度备注
45
108
159
219
273
325
426
730
840
1000
2200
790050～80
50
50
50
50
50
30～50
35
80
80
100
30500
500
500
500
500
500
1000
1000
700
700
700
870由两块拼接成圆筒
（2）直接喷涂法。是硬质聚氨酯泡沫塑料现场施工、修补技术的主要方法，这种方法不受工作面外形尺寸、几何形状的限制，不用模具，制品厚度可根据实际需要任意调节，可连续成型；效率高。
①喷涂机械硬质泡抹塑料直接喷涂的喷涂机由几部分组成：A、B组分物料贮箱，A、B组分泵，电加热系统，滤气减压系统和喷枪。
JG-3型喷涂机工作程序如图5—1所示。
JG-3型喷涂发泡机由1台三相交流电动机带动，经变速机变速箱带动2台HV3／68型环形活塞式计量泵作顺时针同步运转，计量泵A、B按定比各自输送组分液料、经耐压管输送到喷枪，在压缩空气的作用下，A、B两组分液体在喷抢混合室内相互混合，然后以高速雾状喷涂至工作面，待发泡、固化，形成一定密度和一定厚度的硬质聚氨酯泡沫塑料涂层。
JG-3型喷涂机之变速箱配有两种转速，可任选一种。不同转速获得喷涂量也不同，JG—3型喷涂机转速与喷涂量关系见表5—10。
表5-10 JG-3型喷涂机转速与喷涂量
转速/r·min-1475715
喷涂量/L·min-11～282～48
②喷涂操作 按配方配料A组分和B组分，分别倒入A、B物料贮槽。喷涂用空气压力0．3～0．4MPa。被喷涂物面温度40～50℃，加速涂层的熟化，提高黏结力。喷枪对准物面，稍带有一点角度，离物面300～500mm距离，喷枪移动速度0．5～O．8 m／min。
③喷涂层技术控制
a．乳化时间 乳化时间太短，枪口要堵塞；时间太长物料要流失或滴落。
b．初凝时间 物料初凝可用手测试，以不粘手计时。一般控制在10～12 s间，时间长了要影响施工进度；时间短了待第二次
喷上时，其表面已有固化层，将产生间隔层，以致影响到导热系数。
c．雾化风压 胶液在喷枪内混合系通过压缩空气在混合器内搅拌雾化，一般控制风压0．4～0．6MPa。
直接喷涂的缺点是表面不光滑，并呈麻面状。当喷涂管道时，物料损失约10％。
（3）一次灌注成型法。灌注发泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔内成型的主要方法。一次性灌注物料流动性好，发泡时充满模腔各个部位，省工、省料、制品光滑，质量好。
灌注发泡是用灌注发泡机进行的常用JG-1型灌注发泡机系低压循环型。JG—1型灌注发泡机规格与能力见表5—11。
表5-11 JG-1型灌注发泡机规格与能力
时间规格
JG-1-10JG-1-20JG-1-30JG-1-40JG-1-60
1s
25s
60s60～170ml
1.65～4.15L
4～10L130～330ml
3.35～8.35L
8～20L0.2～0.5L
5～12.5L
12～30L0.3～0.7L
6.65～16.7L
16～40L0.4～1L
10～25L
24～60L
JG-1型灌注发泡机参数如下。灌注搅拌头，电动4000 r／min。定量输送泵，HV系列环形活塞泵。原液灌，A、B各100L。溶剂中洗、强风吹扫，按程序自动操作。原液补充，电动泵输送。原液搅拌混合，电动锚式搅拌器。注入定时器，1～40 s。注剂罐，20L。原液温度调节，电加热、水泵循环、恒温自空。外表尺寸，2m×1．3 m±2．3m。全机总重，1 t。
JG-1型灌注发泡机工作程序示意如图5-2所示。一次灌注成型法模具如图5-3所示。
摸具设计实例。例如输油管系螺旋卷管，其外径φ529 mm，焊缝高出壁2．5 mm，需绝热层厚50 mm，则模具直径D=529+50×2+2.5×2=634 mm；长度=1000 mm；模具壁厚，1～2 mm碳钢；加强筋，30×4角铁；阻头高度50mm。
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